追蹤地球上最古老生命形式的記錄

這一發現提供了一種新的特徵“生物特徵”，用來追蹤保存在岩石中的古代生命遺蹟，這些岩石在數十億年的時間裏發生了顯著的變化，可能有助於確定太陽系其他地方的生命。

這項研究發表在《華爾街日報》的兩篇論文,一個地質學會和另一個在地球和行星科學通訊》,解決了長期存在的問題,科學家們如何記錄高變質岩石的地球上的生命有37億多年的歷史,與有機材料往往變成含碳礦物石墨。

在發表在《地球與行星科學快報》上的第一項研究中，研究小組分析了來自加拿大、印度、中國、芬蘭、美國和格陵蘭島的10個帶狀鐵結構(BIF)岩石樣本，這些岩石的歷史跨度超過20億年。他們認爲，保存在石墨狀晶體中的碳——“石墨碳”——與磷灰石(構成我們牙齒和骨骼的材料)和碳酸鹽等礦物質一起，是地球上最古老生命形式的生物特徵。“地球上的生命都是以碳爲基礎的，隨着時間的推移，它會分解成不同的物質，如碳酸鹽、磷灰石和石油。它們被困在沉積岩層中，最終在地殼隨後的變質過程中，石油變成了石墨，”倫敦大學學院地球科學、行星科學中心和倫敦納米技術中心的多米尼克·帕皮諾博士解釋道。

“我們的發現很重要，因爲石墨和磷灰石的關係是否代表了在古代岩石中發現的碳的生物起源，這一問題引發了激烈的爭論。我們現在有多股證據表明，這些礦物組合是帶狀鐵結構中的生物現象。這對我們如何確定從太陽系其他地方返回的外星岩石樣本中碳的來源有着巨大的影響。”

研究小組調查了BIF岩石的組成，因爲它們幾乎都是前寒武紀時期(46億年到5.41億年)的岩石，並記錄了關於地球上最古老環境的信息。爲此，他們利用一系列涉及光子、電子和離子的方法，分析了18億年到38億年以上岩石的組成，以確定石墨和其他潛在生物成因礦物的組成。

研究小組成員馬修·多德博士(倫敦大學學院地球科學和倫敦納米技術中心)說:“以前，人們認爲在古代岩石中同時發現磷灰石和石墨是一種罕見的現象，但這項研究表明，在不同岩石變質等級的BIF中，這種現象很常見。”磷灰石和石墨礦物被認爲有兩種可能的來源:一種是腐爛的生物有機質的礦化產物，包括石油分子在高溫下的分解，另一種是通過非生物反應形成的，這些非生物反應與生命如何從非生命物質產生的化學過程有關。

通過在BIF中廣泛存在的磷灰石和碳酸鹽中的石墨碳及其碳同位素組成的證據，研究人員得出結論，這些礦物與地球上最古老生命形式的遺蹟的生物起源最爲一致。爲了研究高溫變質作用對岩石中生物物質的分子、元素和同位素特徵造成的損失程度，他們分析了密歇根州一塊18.5億年的BIF岩石中的相同礦物，該岩石在550攝氏度的高溫下發生了變質。

在今天發表在《地質學會雜誌》上的第二項研究中，研究小組表明，在石墨碳以及相關的磷灰石、碳酸鹽和粘土中發現了一些生物特徵。他們使用各種高科技儀器來探測石墨的關鍵分子、元素和碳同位素的蹤跡，並將其與幾種顯微鏡技術結合起來，研究困在岩石中的肉眼看不見的微小物體。總的來說，他們對其組成的所有觀察都與來自腐朽生物質的起源相一致，比如博物館裏的古代動物化石，但這些生物化石已經被高溫強烈地改變了。

“我們的新數據提供了更多的證據，證明BIF中與磷灰石有關的石墨極有可能起源於生物。此外，通過對整個地質記錄的一系列觀察，我們解決了關於最古老的BIF中含有磷灰石的同位素輕石墨碳起源的長期爭議，”Papineau博士說。“我們已經證明，從沉積岩記錄開始，格陵蘭島和加拿大東北部的高變質鐵地層中就存在生物特徵。”